科学家终于合成了人工黏液分子

这一天终于来了。科学家们人工合成了黏液分子——可以具备真实黏液的结构和功能。

不过,根据做出突破的研究团队的说法,这不仅仅是黏液的问题,还是一把帮助科学家战胜传染病的利剑。

滑溜溜的、黏糊糊的、渗人的一滩物质,黏液看起来确实挺恶心。然而,这种东西在生物学上是有用的。它是保护和滋润娇嫩组织的屏障——捕捉微生物(它还含有抗菌酶)和污染物——并帮助身体排出它们。

我们的身体每天仅在呼吸道就会产生1.5到2升的黏液;它们完整覆盖住呼吸道、肺部和胃肠道。

如果能复制它们,那我们就有了更多底气对抗疾病,而这项新研究就是重要的突破。麻省理工学院的化学家Austin Kruger领导的团队合成出粘蛋白,即粘液的蛋白质构件。

粘蛋白由一条长长的蛋白质脊柱组成,上面装满了被称为糖类的碳水化合物聚合物链(很像一把设计粗糙的管道清洁刷);目前还不清楚这些聚合物如何有助于实现粘液的各种特性。以前的研究发现,它们可以阻碍细菌相互沟通、抹消其附着在表面和分泌毒素的能力。

该团队围绕聚合物脊柱构建的合成粘液素可以帮助弄清楚生物黏液的功能机制——它们不仅结构上一样,甚至复现了生物黏液的功能。

“我们真的很想了解粘蛋白的哪些特征对其性态很重要,并模仿这些特征,这样就可以阻断微生物的毒力途径。”麻省理工学院的化学家Laura Kiessling说。

困难的是,粘蛋白很复杂。科学家们说,蛋白质的脊柱由数千个不同的氨基酸组成,而且有许多不同类型的糖类组成的刷毛。

研究小组从碳环分子开始,将它们断成一条直线。由此产生的分子都含有一个碳碳双键,然后再把不同的分子线段连接在一起,形成合成粘蛋白的聚合物脊柱。

键中的每个碳原子通常都与另一个化学基团结合在一起,聚合物可以根据它们的连接位置变更自身的形态。在顺式形式中,两个基团——碳和另一个基团(无论它是啥)——都在同一侧;在反式形式中,它们位于脊椎两侧。

团队在合成粘蛋白的过程中同时创造出这两种形式,并逐一测试。

反式聚合物变成了奇怪的小球,看起来不太像粘蛋白。它们在捕捉霍乱弧菌分泌的毒素方面也不是特别有效。

然而,顺式聚合物仍然是笔直的;而且,引入霍乱弧菌时,它们不仅有效地捕获了毒素,甚至比真正的粘蛋白表现得更好。

还有更多的工作要做——现在还没有安装上聚糖刷子——但已经显示出巨大的应用前景。该团队已然完美地证明,脊柱的长直形状在粘蛋白的功能方式中起着重要作用。

此外,该团队发现顺式聚合物是水溶性的——比天然粘蛋白更容易溶解——这意味着它们有可能被纳入外用乳膏和凝胶中,甚至可能是眼药水中。

“我们的研究结果,概述了合成粘蛋白模拟物的关键设计原则,这将指导未来对粘蛋白在微生物共生和发病机制中的作用的研究,并作为人工制造粘蛋白提供设计蓝图,这些模拟物可以作为润滑剂或微生物控制剂。”

该研究已发表在ACS中央科学杂志上。

原文:https://www.sciencealert.com/scientists-have-finally-created-realistic-synthetic-mucus

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